﻿#pragma once



#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;


//红黑树的规则：
//1. 每个结点不是红⾊就是黑⾊
//2. 根结点是黑⾊的
//3. 如果⼀个结点是红⾊的，则它的两个孩⼦结点必须是黑⾊的，也就是说任意⼀条路径不会有连续的
//红⾊结点。
//4. 对于任意⼀个结点，从该结点到其所有NULL结点的简单路径上，均包含相同数量的黑⾊结点
enum Color
{
	BLACK,
	RED
};

template<class T>
struct RBTreeNode
{
	T _data;
	RBTreeNode<T>* _left;
	RBTreeNode<T>* _right;
	RBTreeNode<T>* _parent;
	Color _col;

	RBTreeNode(const T& data)
		:_data(data)
		, _left(nullptr)
		, _right(nullptr)
		, _parent(nullptr)
	{

	}
};


template<class T,class Ref,class Ptr>
struct RBTreeIterator
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;
	typedef RBTreeIterator<T, Ref, Ptr> Self;

	Node* _node;
	Node* _root;

	RBTreeIterator(Node* node, Node* root)
		:_node(node)
		, _root(root)
	{

	}

	/*迭代器++的核⼼逻辑就是不看全局，只看局部，只考虑当前中序局部要访问的下⼀个结点。
	• 迭代器++时，如果it指向的结点的右⼦树不为空，代表当前结点已经访问完了，要访问下⼀个结点
		是右⼦树的中序第⼀个，⼀棵树中序第⼀个是最左结点，所以直接找右⼦树的最左结点即可。
	• 迭代器++时，如果it指向的结点的右⼦树空，代表当前结点已经访问完了且当前结点所在的⼦树也
		访问完了，要访问的下⼀个结点在当前结点的祖先⾥⾯，所以要沿着当前结点到根的祖先路径向上
		找。*/

	/*如果当前结点是⽗亲的左，根据中序左⼦树->根结点->右⼦树，那么下⼀个访问的结点就是当前结
		点的⽗亲；
	• 如果当前结点是⽗亲的右，根据中序左⼦树->根结点->右⼦树，当前当前结点所在的⼦树访问完
		了，当前结点所在⽗亲的⼦树也访问完了，那么下⼀个访问的需要继续往根的祖先中去找，直到找
		到孩⼦是⽗亲左的那个祖先就是中序要问题的下⼀个结点。。*/
	Self& operator++()
	{
		if (_node->_right)//如果右不为空，则去找右子树的最左节点，就是中序的下一个结点
		{
			Node* leftmost = _node->_right;
			while (leftmost->_left)
			{
				leftmost = leftmost->_left;
			}
			_node = leftmost;

		}
		else//如果右为空，则看此节点是父亲的左边还是右边，是左边，根据左-根-右，说明中序下一个结点是根，即父亲，是右边，说明该子树已经访问完了，
			//就要去祖先里找孩子在父亲左边的祖先结点，若一直找不到，则最后找到根的父亲，即nullptr，end()。
		{
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent&&parent->_right==cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			_node = parent;
		}

		return *this;
	}

	Self& operator--()
	{
		if (_node == nullptr)//如果开局node为end()，则去找整棵树的最右结点给他
		{
			Node* rightmost = _root->_right;//iterator中传_root的作用就在这，若_node == nullptr，需要找到最右结点，但此步骤需要有根
			while (rightmost->_right)
			{
				rightmost = rightmost->_right;
			}
			_node = rightmost;
		}
		else if (_node->_left)//如果左树不为空，则去左子树里找最右结点，就是倒过来的中序（右-根-左）的下一节点
		{
			Node* rmost = _node->_left;
			while (rmost->_right)
			{
				rmost = rmost->_right;
			}
			_node = rmost;
		}
		else//如果左树为空，则看此节点是父亲的左边还是右边，是右边，根据右-根-左，下一个访问的结点就是根，即父亲，是左边，说明该子树已经访问完了，
			//就要去祖先里找孩子在父亲右边的祖先节点，若一直找不到，则说明已经到begin()了
		{
			Node* cur = _node;
			Node* parent = cur->_parent;

			while (parent && parent->_left==cur)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}

			_node = parent;
		}
		return *this;
	}

	Ref operator*()
	{
		return _node->_data;
	}

	Ptr operator->()
	{
		return &_node->_data;
	}

	bool operator==(const Self& s) const
	{
		return _node == s._node;
	}

	bool operator!=(const Self& s) const
	{
		return _node != s._node;
	}
};

//因为RBTree实现了泛型不知道T参数导致是K，还是pair<K, V>，那么insert内部进⾏插⼊逻辑
//⽐较时，就没办法进⾏⽐较，因为pair的默认⽀持的是key和value⼀起参与⽐较，我们需要时的任
//何时候只⽐较key，所以我们在map和set层分别实现⼀个MapKeyOfT和SetKeyOfT的仿函数传给
//RBTree的KeyOfT，然后RBTree中通过KeyOfT仿函数取出T类型对象中的key，再进⾏⽐较
template <class K, class T, class KeyOfT>
class RBTree
{
	typedef RBTreeNode<T> Node;
public:
	//插⼊⼀个值按⼆叉搜索树规则进⾏插⼊，插⼊后我们只需要观察是否符合红⿊树的4条规则。
	//	2. 如果是空树插⼊，新增结点是⿊⾊结点。如果是⾮空树插⼊，新增结点必须红⾊结点，因为⾮空树
	//	插⼊，新增⿊⾊结点就破坏了规则4，规则4是很难维护的。
	//	3. ⾮空树插⼊后，新增结点必须红⾊结点，如果⽗亲结点是⿊⾊的，则没有违反任何规则，插⼊结束
	//	4. ⾮空树插⼊后，新增结点必须红⾊结点，如果⽗亲结点是红⾊的，则违反规则3。进⼀步分析，c是
	//	红⾊，p为红，g必为⿊，这三个颜⾊都固定了，关键的变化看u的情况，需要根据u分为以下⼏种
	//	情况分别处理。
	//	说明：下图中假设我们把新增结点标识为c(cur)，c的⽗亲标识为p(parent)，p的⽗亲标识为
	//	g(grandfather)，p的兄弟标识为u（uncle）

	typedef RBTreeIterator<T, T&, T*> Iterator;
	typedef RBTreeIterator<T, const T&, const T*> ConstIterator;

	RBTree() = default;

	~RBTree()
	{
		Destroy(_root);
		_root = nullptr;
	}

	Iterator Begin()
	{
		Node* leftmost = _root;
		while (leftmost&&leftmost->_left)
		{
			leftmost = leftmost->_left;
		}

		return Iterator(leftmost, _root);
	}

	Iterator End()
	{
		return Iterator(nullptr, _root);
	}


	ConstIterator Begin() const
	{
		Node* leftmost = _root;
		while (leftmost && leftmost->_left)
		{
			leftmost = leftmost->_left;
		}

		return ConstIterator(leftmost, _root);
	}

	ConstIterator End() const
	{
		return ConstIterator(nullptr, _root);
	}

	pair<Iterator,bool> Insert(const T& data)
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(data);
			_root->_col = BLACK;

			return pair<Iterator, bool>{Iterator(_root,_root),true};
		}

		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		KeyOfT kot;

		while (cur)
		{
			if (kot(cur->_data) < kot(data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (kot(cur->_data) > kot(data))
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return pair<Iterator, bool>{Iterator(cur, _root), false};
			}
		}

		cur = new Node(data);
		Node* newnode = cur;
		cur->_col = RED;

		if (kot(parent->_data) < kot(data))
		{
			parent->_right = cur;
		}
		else
		{
			parent->_left = cur;
		}

		cur->_parent = parent;

		while (parent && parent->_col == RED)
		{

			Node* grandfather = parent->_parent;

			if (grandfather->_left == parent)
			{
				//  g b
				//p r   u r
		//   插入c r

				/*情况1：变⾊
				c为红，p为红，g为⿊，u存在且为红，则将p和u变⿊，g变红。在把g当做新的c，继续往上更新。
				分析：因为p和u都是红⾊，g是⿊⾊，把p和u变⿊，左边⼦树路径各增加⼀个⿊⾊结点，g再变红，相
				当于保持g所在⼦树的⿊⾊结点的数量不变，同时解决了c和p连续红⾊结点的问题，需要继续往上更新
				是因为，g是红⾊，如果g的⽗亲还是红⾊，那么就还需要继续处理；如果g的⽗亲是⿊⾊，则处理结束
				了；如果g就是整棵树的根，再把g变回⿊⾊。*/
				Node* uncle = grandfather->_right;

				if (uncle && uncle->_col == RED)// u存在且为红 ->变⾊再继续往上处理
				{
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;

					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				else//u存在且为⿊或不存在 ->旋转+变⾊
				{
					/*情况2：单旋 + 变⾊
						c为红，p为红，g为⿊，u不存在或者u存在且为⿊，u不存在，则c⼀定是新增结点，u存在且为⿊，则
						c⼀定不是新增，c之前是⿊⾊的，是在c的⼦树中插⼊，符合情况1，变⾊将c从⿊⾊变成红⾊，更新上
						来的。
						分析：p必须变⿊，才能解决，连续红⾊结点的问题，u不存在或者是⿊⾊的，这⾥单纯的变⾊⽆法解
						决问题，需要旋转 + 变⾊。
						如果p是g的左，c是p的左，那么以g为旋转点进⾏右单旋，再把p变⿊，g变红即可。p变成课这颗树新
						的根，这样⼦树⿊⾊结点的数量不变，没有连续的红⾊结点了，且不需要往上更新，因为p的⽗亲是⿊
						⾊还是红⾊或者空都不违反规则。*/
					if (parent->_left == cur)
					{
						//  g b
						//p r   u b or null
					  // c

						RotateR(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;

					}

					/*情况2：双旋 + 变⾊
						c为红，p为红，g为⿊，u不存在或者u存在且为⿊，u不存在，则c⼀定是新增结点，u存在且为⿊，则
						c⼀定不是新增，c之前是⿊⾊的，是在c的⼦树中插⼊，符合情况1，变⾊将c从⿊⾊变成红⾊，更新上
						来的。
						分析：p必须变⿊，才能解决，连续红⾊结点的问题，u不存在或者是⿊⾊的，这⾥单纯的变⾊⽆法解
						决问题，需要旋转 + 变⾊。
						如果p是g的左，c是p的右，那么先以p为旋转点进⾏左单旋，再以g为旋转点进⾏右单旋，再把c变
						⿊，g变红即可。c变成这颗树新的根，这样⼦树⿊⾊结点的数量不变，没有连续的红⾊结点了，且
						不需要往上更新，因为c的⽗亲是⿊⾊还是红⾊或者空都不违反规则。*/
					else
					{
						//  g b
						//p r   u b or null
					  //     c

						RotateL(parent);
						RotateR(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
			else
			{
				Node* uncle = grandfather->_left;

				if (uncle && uncle->_col == RED)
				{
					parent->_col = uncle->_col = BLACK;
					grandfather->_col = RED;
					cur = grandfather;
					parent = cur->_parent;
				}
				else
				{
					if (parent->_right == cur)
					{
						RotateL(grandfather);
						parent->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					else
					{
						RotateR(parent);
						RotateL(grandfather);
						cur->_col = BLACK;
						grandfather->_col = RED;
					}
					break;
				}
			}
		}

		_root->_col = BLACK;
		return pair<Iterator, bool>{Iterator(newnode, _root), true};


	}

	void RotateR(Node* parent)
	{
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;

		parent->_left = subLR;
		if (subLR)
		{
			subLR->_parent = parent;
		}
		Node* pParent = parent->_parent;

		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;

		if (pParent == nullptr)
		{
			_root = subL;
			subL->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (pParent->_left == parent)
			{
				pParent->_left = subL;
				subL->_parent = pParent;
			}
			else
			{
				pParent->_right = subL;
				subL->_parent = pParent;
			}
		}

	}

	void RotateL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;

		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
		{
			subRL->_parent = parent;
		}

		Node* pParent = parent->_parent;

		subR->_left = parent;
		parent->_parent = subR;

		if (pParent == nullptr)
		{
			_root = subR;
			subR->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (pParent->_left == parent)
			{
				pParent->_left = subR;
			}
			else
			{
				pParent->_right = subR;
			}
			subR->_parent = pParent;
		}
	}

	

	Iterator Find(const T& data)
	{
		Node* cur = _root;

		while (cur)
		{
			if (kot(cur->_data) < kot(data))
			{
				cur = cur->_right;
			}
			else if (kot(cur->_data) > kot(data))
			{
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return Iterator(cur,_root);
			}
		}
		return End();
	}

	void Destroy(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return;
		Destroy(root->_left);
		Destroy(root->_right);
		delete root;
	}


private:
	
	Node* _root = nullptr;

};